机械工程学报：管坯电磁胀形磁场特性及磁压力分布
2022-07-28【作 者】赵志衡;李春峰;李建辉;邓将华
电磁成形属于高能率成形技术，具有成形迅速，成形后零件弹复小，材料极限变形能力高以及利于实现复合工艺等特点[1,2]。管坯电磁胀形工艺适用于航空、航天和兵器制造等领域中复杂曲面零件的成形，以及大尺寸筒形件的精密校形，尤其适合钛合金、铌合金等塑性较差管材的加工。求解成形过程中的磁压力是电磁成形理论研究的基本问题之一。磁压力的计算结果直接用于坯料的变形分析，影响变形计算的求解精度。磁压力的计算可采用电路归算法[1]、磁路等效法[3]、解析法[4]及数值模拟[5,6]等方法。目前多采用磁路等效法近似求解磁压力。这种方法的前提是假设线圈与管坯均为无限长，因而得到的只是作用于管坯上磁压力的平均值，无法获得磁压力的分布，且其值误差也较大[5]，给下一步的变形分析带来困难。近年来有限元法在电磁成形磁压力的求解中得到应用，有效地提高了求解精度[5,6]。有限元法的关键问题是确定求解区域，给出相应的边界条件[7]。从磁场的基本理论出发分析管坯电磁胀形时磁场的对称性，确定求解区域，进而讨论求解区域边界上的磁场特性，给出边界条件。最后采用有限元法分别求解螺线管线圈和阶梯形线圈电磁胀形时的磁场特性及磁压力分布，并通过管坯自由胀形实验验证模拟结果。研究结果对于提高复杂曲面管类零件的成形精度和成形效率、控制磁压力分布，实现无模成形具有重要意义。
【结 论】
(1)采用有限元法研究管坯电磁胀形的磁压力时，如果线圈与管坯同轴对称放置，那么只要建立2D模型，分析其纵剖面的1/4场域即可。
(2)管坯电磁胀形时，其磁场在对称轴上具有A=0的特性，在对称平面上具有磁感应强度与之垂直的特性。
(3)采用有限元法可以得到管坯电磁胀形时的磁压力分布。计算得到的磁压力分布与试验所得管坯自由胀形后的外廓线基本吻合。磁压力分布的获得对于下一步的磁压力分布控制和坯料变形分析都是非常重要的。
以下是正文：
